Osaako joku selittää ortogonaalisuutta?

EnMuistaEnää

Törmäsin erästä asiaa selvittäessäni termiin ortogonaalisuus (matriisi tai funktio). Itse olen suorittanut matematiikan kursseja yliopistolla viimeksi 1970-luvun lopulla, joten tiedot ja taidot ovat ruostuneet. Otsikkoa lainaten: osaako joku selittää kohtuullisen selvästi ja ymmärrettävästi ortogonaalisuuden (sisimmän) olemuksen?

7

2490

    Vastaukset

    Anonyymi (Kirjaudu / Rekisteröidy)
    5000
    • Kanootti3

      Ensinnäkin pohjalla pitää olla vektoriavaruus, jossa on määritelty sisätulo. Esimerkiksi R^n ja pistetulo.

      Kaksi vektoria ovat ortogonaaliset, jos niiden sisätulo on 0.

      Ortogonaalinen matriisi tarkoittaa matriisia, jonka sarakkeiden (tulkittuna vektoreiksi) väliset sisätulot ovat 0.
      Lisähuomio: ortonormaali matriisi vaatii lisäksi että joka sarakkeen pituus on 1. Pituuden neliöhän tulee sisätuloavaruudessa vektorin sisätulosta itsensä kanssa. Siten ortonormaalius voidaan sanoa myös näin: matriisin transpoosi on sen käänteismatriisi. (Huomaa, jos kompleksiluvut on mukana kuvioissa, niin pitää ottaa myös kompleksi konjugaatti, sillä tällöin sisätulossa on myös tämä konjugointi mukana toisessa vektorissa).

      Sitten ortogonaaliuden määritelmään funktioille.
      Funktiot muodostavat vektoriavaruuden. Tänne voidaan ottaa sisätulo (tulon integraali yli määrittelyjoukon), kun rajoitutaan sopiviin funktioihin (toisen potenssin integraali oltava äärellistä), ns. L^2 avaruus. (Taas, jos funktiot ovat kompleksiarvoisia, niin sisätuloon pitää toiseen funktioon laittaa integraalin sisällä kompleksi konjugointi.)

      En nyt tiedä osaanko sisintä olemusta selittää ainakaan paremmin kuin mitä googlamallakin löytyy, mutta tämä nyt ainakin että matriisin ortogonaalisuudesta puhuttaessa on vain yksi matriisi ja sitten yleisesti kaksi vektoria (joita funkiotkin siis ovat omassa avaruudessaan), kun puhutaan niiden keskenäisestä ortogonaaliudesta. Huom. matriisitkin muodostavat vektoriavaruuden R^{n*m}, joten myös ne voivat olla tällä jälkimmäisellä tavallakin ortogonaalisia.

      • Kanootti3

        Jos tuo yo. vaikuttaa aivan kamalalta sotkulta, niin yritän selkiyttää (OG=ortogonaali).

        Vektorit OG: sisätulo 0

        OG-Matriisi: sarakkeet keskenään ortogonaalisia

        Funktiot OG: ovat OG vektoreina (omassa sisätuloavaruudessaan)
        Mutta sisätulo pitää olla määritelty. Funktiolla tämä haluttaisiin tehdä integraalilla, joten sen täytyy supeta.


      • EnMuistaEnää

        > Ensinnäkin pohjalla pitää olla vektoriavaruus, jossa on määritelty sisätulo. Esimerkiksi R^n ja > pistetulo.

        > Kaksi vektoria ovat ortogonaaliset, jos niiden sisätulo on 0.

        > Ortogonaalinen matriisi tarkoittaa matriisia, jonka sarakkeiden (tulkittuna vektoreiksi) väliset > sisätulot ovat 0.

        Jos on vektori (x1,y1) ja toinen vektori (x2,y2), miten niiden sisätulo lasketaan? Ortogonaalisesta matriisista minulla oli haun perusteella heikko havainto. Voitko selittää vielä vähän sarakkeiden välisistä sisätuloista?


      • Kanootti3
        EnMuistaEnää kirjoitti:

        > Ensinnäkin pohjalla pitää olla vektoriavaruus, jossa on määritelty sisätulo. Esimerkiksi R^n ja > pistetulo.

        > Kaksi vektoria ovat ortogonaaliset, jos niiden sisätulo on 0.

        > Ortogonaalinen matriisi tarkoittaa matriisia, jonka sarakkeiden (tulkittuna vektoreiksi) väliset > sisätulot ovat 0.

        Jos on vektori (x1,y1) ja toinen vektori (x2,y2), miten niiden sisätulo lasketaan? Ortogonaalisesta matriisista minulla oli haun perusteella heikko havainto. Voitko selittää vielä vähän sarakkeiden välisistä sisätuloista?

        Avaruuden R^n vektoreiden (x1, y1) ja (x2, y2) välinen sisätulo on

        x1*x2 y1*y2

        eli vastaavin komponenttien tulojen summa.

        Mikäli vektorit ovat kompleksi-vektoreita eli C^n:stä, niin sitten sisätulo määritellään

        x1*konjugaatti(x2) y1*konjugaatti(y2).

        Ortogonaalisesta matriisissa jokaisen sarakkeen pitää olla jokaisen muun sarakkeen kanssa ortogonaalinen. Eli ota eka sarake ja laske sen sisätulo tokan, kolmannen jne. kanssa. Näistä pitää tulla 0. Sitten toka sarake sisätulotetaan kolmannen, neljännen jne. Nollia pitää olla. Näin edelleen kaikki mahdolliset sarakeparit, joissa on kaksi eri saraketta, oltava OG.

        Oletko sinun vektorit ja matriisit reaalilukuarvoisia vai onko kompleksiluvut käytössä?
        (Muuten, minä kutsuisin vektoria x:ksi ja merkitsisin sen komponentteja x = (x1, x2).)


    • IteTaiteilija

      Joskus saattaa matemaatikolle olla vaikeaa sanoa matematiikan ulkopuolisella tavalla ('kielellä'), mitä jokin termi tarkoittaa. Minusta orto on yhtäkuin kohti- tai suora-, ja gooni=kulma.
      Tarkoittaa yksinkertaisesti ominaisuutta, mikä tavallisilla x-,y- (,z-...) -koordinaatistoilla analyyttisessä geometriassa ja vektorialgebrassa ns.luontaisesti on: akselit kohtisuorassa toisiaan vastaan. Ja muodostavat siten vektorisysteemin kannan. Periaatteessa kantavektorien ei tarvitsisi olla kohtisuorassa (vinollakin kulmalla syntyy kanta), mutta ortogonaalisuus helpottaa käytännön laskurutiineja kovasti.
      Ja pistetulo on luonteeltaan apukäsite ('apupalikka'), jota ilmankin lienee matematiikan historiassa tultu toimeen. On vaan laskujen kautta yhtenään vastaantuleva kuvio (lausekkeitten osa, kaava), jolle on ollut käytännöllistä antaa sitten nimi. Mm.ortogonaalisissa genreissä (taidelajeissa;) voidaan käyttää kohtisuoruuden kriteerinä ja todistamisissa. Joku voisi miettiä onko pistetuloluvulle jokin geometrinen tulkinta, mille näkisi laskematta arvion esim.piirretystä kuviosta suoraan päältä, kuten esim.kahden vektorin määräämän suunnikkaan pinta-alan.
      Koko (alkeistason) matriisilaskennan käyttökelpoisuus käsittääkseni perustuu paljon siihen, että lähtökohdaksi oletetaan nimenomaan suorakulmainen (ortogonaalinen) koordinaatisto (muuten kaavat ja teoriat olisivat kinkkisemmät;) esim.koordinaatiston kierto, peilaus, zoomaukset yms.
      Tässä ei-matemaatikon tarinaa, korjatkaa jos jotain on väärässä.

    • EnMuistaEnää

      Kiitokset kaikille vastaajille! Minulla oli hämärä käsitys, että ortogonaalisuus on jonkin sortin kohtisuoruutta. Kanootti3:lle sanoisin, että tässä vaiheessa vektorit ja matriisit ovat minulla reaalilukuarvoisia. Jos pääsen pitemmälle tässä asiassa, kysyn sitten lisäkysymyksiä.

      Vektoreiden merkinnän kopioin jostakin verkkomateriaalista. Toivottavasti asia ymmärrettiin oikein.

    Ketjusta on poistettu 0 sääntöjenvastaista viestiä.

    Luetuimmat keskustelut

    1. Oletko tyytyväinen viime tapaamiseemme?

      Vai toivoitko sen menevän toisella tavalla? Miten?
      Ikävä
      72
      3073
    2. Nyt se sit loppuu

      Et ei enää nähdä ja yhteyttä pidetä.
      Ikävä
      55
      2735
    3. Kuoleman pelko katosi

      Olen pelännyt koko elämän ajan kuolemaa mutta yhtäkkiä kun hindut paljastivat totuuksia uskonnoista noin aloin yhtäkkiä
      Hindulaisuus
      432
      2345
    4. Viikonloppu terveiset kaivatulle

      tähän alas ⬇️⬇️⬇️
      Ikävä
      79
      2188
    5. Jos sitä keittelis teetä

      Ja miettis mitä mies siellä jossain touhuilee... ☕️
      Ikävä
      95
      2006
    6. Myötähäpeä kun näkee sut,

      tekisit jotain ittelles. Ihan hyvällä tämä!
      Ikävä
      57
      1949
    7. Huomenta ........

      Huomenta 💗 Tiedän, että tuntuisit hyvälle.
      Ikävä
      12
      1586
    8. Kuhmolainen on selvästi kepun lehti

      Kuhmolaise etukannessa oli Kuva kun Jaskalle annettiin karhu patsas.mutta kukmolaislehti oli niin kepulainen että Jaskan
      Kuhmo
      17
      1547
    9. Ei mun tunteet

      ole mihinkään kadonnut. Enkä mä sua inhoa tai ole kyllästynyt. Mä ymmärsin, ettet ole kiinnostunut minusta, ainakaan sil
      Ikävä
      30
      1390
    10. Mitä nämä palautteet palstalla ovat?

      Joku uusi toimintatapa rohkaista kirjoittajia vai mistä on kyse?
      Ikävä
      30
      1361
    Aihe